Leis de Kepler e Enerxía: Conceptos Fundamentais

Tema 6

As leis de Kepler: Primeira lei de Kepler: os planetas describen órbitas elípticas arredor do Sol, que está situado nun dos focos da elipse. Segunda lei de Kepler: o vector posición dun planeta con respecto ao Sol varre áreas iguais en tempos iguais. Terceira lei de Kepler: o cadrado do período de revolución de calquera planeta, T, é proporcional ao cubo da distancia media do planeta ao Sol, r.

Newton e a gravitación universal Lei de Gravitación Universal: dous corpos de masa m e m, separados por unha distancia r, atráense cunha forza directamente proporcional ás masas e inversamente proporcional ao cadrado da distancia entre eles.

A constante G denomínase constante de gravitación universal.

O peso dos corpos

O peso dos corpos é un caso particular da Lei de Gravitación Universal: o peso é a forza con que a Terra atrae un corpo. É unha forza dirixida cara ao centro da Terra.

g é o valor da aceleración da gravidade:

A aceleración da gravidade na superficie terrestre depende da masa e do radio:

O valor da aceleración da gravidade na Lúa é:

Tema 7

A enerxía e os cambios

A enerxía é unha propiedade dos sistemas materiais que lles permite experimentar e producir cambios. Todas as formas de enerxía poden encadrarse nunha destas dúas clases:

• Enerxía cinética: asociada ao movemento.
• Enerxía potencial: asociada á posición.

Conservación e degradación da enerxía

Principio de conservación da enerxía: a enerxía non se crea nin se destrúe, só se transforma. Polo tanto, a enerxía total do universo mantense constante.

A unidade energética no SI é o joule (J)

1 kWh = 3,6 × 10⁶ J

Degradación da enerxía

A enerxía consérvase nos cambios, pero tende a transformarse en formas de enerxía menos aproveitables.

Rendemento enerxético

O rendemento energético, r, é o cociente entre a enerxía útil e a enerxía suministrada. Exprésase en porcentaxe.

Fontes non renovables de enerxía

As fontes de enerxía non renovables son aquelas cuxas reservas se consumen a un ritmo maior do que se renovan pola natureza. É o caso dos combustibles fósiles (carbón, petróleo e gas natural) e dos minerais de uranio.

Vantaxes e inconvenientes das fontes non renovables

A enerxía procedente das fontes non renovables é relativamente barata e fácil de extraer, xa que a tecnología requerida está moi desenvolvida.

O problema é que as reservas de combustibles fósiles son limitadas. Ademais, o carbón e o petróleo son combustibles moi contaminantes que contribúen á chuvia ácida e ao efecto invernadoiro. Por outra parte, os reactores nucleares de fisión producen residuos radioactivos de longa duración que hai que almacenar en condicións seguras.

A contaminación atmosférica: causas e efectos. A contaminación atmosférica é a presenza no aire de substancias gasosas, líquidas ou sólidas prexudiciais para as persoas, os restantes seres vivos e o medio. Tamén é contaminación atmosférica a presenza no aire de radiacións (como a radiación UV ou os raios ultravioleta), ruídos (contaminación acústica).

A chuvia ácida

Os óxidos de carbono reaccionan con vapor de auga nas capas altas da atmosfera e producen ácido sulfúrico; de igual forma, os óxidos de nitróxeno producen ácido nítrico. Estes ácidos mesturados co vapor da auga precipitan en forma de chuvia.

A chuvia ácida altera o crecemento das plantas, incrementa a acidez do solo e das augas, disolve metais tóxicos que despois pasan á cadea alimentaria, e deteriora os monumentos arquitectónicos.

O efecto invernadoiro

A vida na Terra depende da enerxía que recibe do Sol segundo un delicado equilibrio.

- Case un terzo desta enerxía é devolta directamente porque é reflectida pola atmosfera, as nubes…

- Outra parte da enerxía recibida é absorbida polos océanos e os continentes e posteriormente radiada ao espazo. Unha pequena fracción desta enerxía é absorbida polos gases de efecto invernadoiro (GEI).

Os principais GEI son o dióxido de carbono e, en menos medida, o metano.

O incremento das emisións de gases de efecto invernadoiro causa un aumento da temperatura media da Terra ou quecemento global, que parece estar producindo un cambio climático.

A deterioración da capa de ozono

O ozono absorbe o 90% da radiación ultravioleta que chega á Terra procedente do Sol e que protexe os seres vivos dos seus efectos prexudiciais.

Os gases CFC reaccionan co ozono e destrúen a súa molécula. A diminución da capa de ozono orixina un aumento da nociva radiación ultravioleta que chega á superficie.

Fontes renovables de enerxía

As fontes renovables de enerxía son aquelas cuxas reservas se consomen a un ritmo menor do que se renovan pola natureza. As máis importantes son a biomasa, o Sol (aproveitamento térmico), a fonte hidráulica e a fonte eólica.

Outras fontes renovables de enerxía: enerxía xeotérmica e enerxía mareomotriz.

Vantaxes e inconvenientes das fontes renovables

As vantaxes fundamentais son:

• As súas reservas son practicamente inesgotables.
• O seu impacto sobre o ambiente é, en xeral, máis reducido ca o das fontes non renovables.
• Teñen carácter autóctono, é dicir, prodúcense preto de onde se consomen, polo que diminúe a dependencia enerxética duns países respecto doutros.
• O seu uso favorece o desenvolvemento da tecnología necesaria para o seu aproveitamento, o que, pola súa vez, serve de motor para o desenvolvemento tecnolóxico noutras áreas.

A súa desvantaxe principal é que os coñecementos e a tecnología necesaria para o seu uso están pouco desenvolvidos, polo que a súa contribución ao consumo total de enerxía é aínda reducida. Non obstante, avanzouse moito nas tecnologías solar e eólica.

Tema 8

Traballo e calor

O traballo e a calor non son formas de enerxía, senón métodos ou procedementos para transferir enerxía entre sistemas.

Enerxía asociada á posición

Chámase enerxía potencial a forma de enerxía asociada á posición ou aos cambios desta.

Dúas formas comúns de enerxía potencial:

• Enerxía potencial elástica:
• Enerxía potencial gravitatoria:

Enerxía potencial gravitatoria

Chámase enerxía potencial gravitatoria a enerxía dun corpo ou sistema físico debido á súa posición con respecto ao centro da Terra.

A enerxía potencial dun corpo depende da masa deste e da altura á que se encontre.

Enerxía asociada ao movemento

A enerxía cinética é a forma de enerxía asociada á velocidade dun corpo. Depende do cadrado da velocidade e da masa do corpo. A súa expresión matemática:

Principio da conservación da enerxía mecánica

A enerxía mecánica é a enerxía que ten un corpo debido á súa velocidade e á súa posición. A enerxía mecánica total Emt dun corpo é a suma da súa enerxía cinética e da súa enerxía potencial:

Emt = Ec + Ep